DE3638360A1 - Beschleunigungsmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Beschleunigungs­ schwellwertschalter mit mindestens einer in einem Gehäuse beweglich gelagerten trägen Masse und einer Einrichtung zur Auswertung einer auf die träge Masse wirkenden Kraft.

Es sind Beschleunigungsmesser bekannt (z.B. FR-OS 25 32 433), bei denen zur Messung der Beschleunigung eine träge Masse in einem Hohlraum geführt ist, und wobei eine entsprechende Anzahl von Fotoelementen die axiale Aus­ lenkung der trägen Masse mißt. Derartige Beschleunigungs­ messer sehen allerdings für die Dämpfung der trägen Masse keinerlei Dämpfungsvorrichtung vor.

Darüber hinaus sind Beschleunigungsmesser bekannt (z.B. DE-OS 28 29 425, DE-OS 30 16 001), bei denen die zur Messung der Beschleunigung dienende träge Masse ebenfalls in einem Hohlraum geführt ist, wobei zur Dämpfung der Masse das Gehäuse mit Öl gefüllt ist. Nachteilig ist hierbei, daß ein solches Dämpfungsmedium temperaturabhän­ gig ist, da sich je nach Temperatur die Viskosität des Öles ändert. Nachteilig ist des weiteren, daß ein solcher Beschleunigungsmesser im Hinblick auf die auf die Masse wirkende Dämpfungskraft nicht ein- bzw. nachstellbar ist, es sei denn, die Dämpfungsflüssigkeit würde ausgetauscht. Ein solcher Austausch eines Dämpfungsmediums ist jedoch mit einem entsprechenden Aufwand verbunden und außerdem ist wiederum nur eine einzige vorbestimmte Dämpfungskraft möglich, die allerdings wiederum temperaturabhängig arbeitet.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen einfachen, kostengünstigen Beschleunigungsschwellwertschalter auf der Basis eines Feder-Massesystems zu schaffen, der mechanisch robust und störunempfindlich ist, wobei nicht nur eine einfache Signalerzeugung, sondern auch eine ein- bzw. nachstellbare, weitestgehend temperaturunabhängige Feineinstellung möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der die Masse tragende Hebelarm direkt oder indirekt über eine Verstelleinrichtung mit einer Magnetkraft be­ aufschlagbar ist.

Vorteilhaft ist bei dieser Ausbildung, daß die auf die träge Masse wirkende Magnetkraft über die Verstellein­ richtung variiert werden kann. Es ist dabei eine exakte Einstellung der Beschleunigungsschwelle und damit ver­ bunden der Dämpfung von sehr kleinen bis sehr großen Werten möglich.

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, daß als Verstelleinrichtung ein im Abstand zur Masse angeordneter Magnet vorgesehen ist, der mit dem mindes­ tens teilweise magnetisch ausgebildeten Hebelarm und/oder Masse zusammenarbeitet. Durch eine derartige Aus­ führungsform wird über die Magnete unter anderem eine Dämpfungsbeeinflussung erzielt, welche ohne ein flüssiges Medium auskommt, so daß an die Ausführung des Gehäuses geringere Anforderungen gestellt werden können. Darüber hinaus ist die Verstelleinrichtung weitestgehend temperaturunabhängig.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Magnet axial verstellbar im Gehäuse aufgenommen ist. Diese axiale Verstellung des Magneten gewährleistet, daß der Abstand zum Hebelarm und/oder zur trägen Masse weiter oder näher eingestellt werden kann, so daß hierdurch die Kraft des Magneten auf den Hebelarm über eine einfache Verstellung veränderbar ist.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß als Hebelarm eine Blattfeder vorgesehen ist. Dabei ist mit Vorteil die Blattfeder und/oder der Hebelarm mindestens teilweise magnetisch ausgebildet und durch den Magneten beaufschlagt.

Damit je nach Bewegungsrichtung eine negative oder positive Beschleunigung gemessen werden kann, das heißt eine einwandfreie Identifizierung der Beschleunigungs­ richtung, sieht eine besonders günstige Ausführungsform vor, daß im Gehäuse für mindestens zwei Bewegungs­ richtungen je eine beweglich gelagerte träge Masse und eine entsprechend zugehörige Verstelleinrichtung vorge­ sehen ist. Vorteilhaft ist dabei, daß die jeweilige träge Masse nur in einer vorbestimmten Richtung angeregt werden kann.

Zur Auswertung von Vertikalbeschleunigungen ist nach einem weiteren wesentlichen Merkmal vorgesehen, daß in Bewegungsrichtung zu beiden Seiten der Masse jeweils ein Magnet angeordnet ist, der die mindestens teilweise magnetisch ausgebildete Masse im Gleichgewicht hält und wobei der der Bewegungsrichtung abgewandte Magnet ver­ stellbar ist. Hierbei hält der ortsfeste Magnet die träge Masse in der Nullpunktlage, wobei der verstellbare Magnet eine Kraft aufbringt.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Feder und/oder die Masse mindestens teilweise magnetisch ausge­ bildet ist und als Verstellvorrichtung eine Spule mit magnetisierbarem Kern vorgesehen ist. Durch Anlegung eines Stromes an die Spule wird die träge Masse mit einer Magnetkraft beaufschlagt. Dabei ist mit Vorteil die Stromzufuhr der Spule variabel veränderbar.

Zur Vereinfachung des Systems sieht ein weiteres Merkmal vor, daß der Hebelarm und die Masse elektrisch leitend ausgebildet sind und direkt mit der Einrichtung zur Aus­ wertung verbunden sind.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 und 2 die Anordnung von Beschleunigungs­ schwellwertschaltern in einem Fahrzeug

Fig. 3 und 4 eine Ansicht und eine Draufsicht eines mit zwei trägen Massen bestückten Beschleunigungsschwell­ wertschalters.

Fig. 5 und Fig. 6 einen Beschleunigungsschwellwert­ schalter, bei dem die Verstelleinrichtung als elektrische Spule mit magnetisierbarem Kern ausgebildet ist.

Fig. 7 bis 10 einen Beschleunigungsschwellwertschalter für Vertikalbeschleunigung in vier Ansichten teils ge­ schnitten.

Fig. 11 bis Fig. 14 einen Beschleunigungsschwellwert­ schalter für Horizontalbeschleunigung in vier Ansichten teils geschnitten.

Fig. 15 und 16 einen Beschleunigungsschwellwertschalter, bei dem die Verstelleinrichtung als elektrische Spule mit magnetisierbarem Kern ausgebildet ist, wobei über einen Meßgrößenaufnehmer ein Regelkreis gebildet wird.

In Fig. 1 ist die Karosserie eines Fahrzeuges schematisch dargestellt, wobei die in den Gehäusen 1 a und 1 b angeordneten Beschleunigungsschwellwertschalter zur Messung der Vertikalbeschleunigung dienen. Der im Gehäuse 1 b angeordnete Beschleunigungsschwellwertschalter wertet die Aufwärtsbewegung des Fahrzeuges aus und besitzt eine träge Masse 2, die an einem Hebelarm 3 angeordnet ist. Der Hebelarm 3 kann über den Drehpunkt 8 ausgehend von der dargestellten Stellung nach unten bewegt werden. Über den Kontakt 9 wird die Einrichtung zur Auswertung beaufschlagt. Die träge Masse 2 ist gleichzeitig als Magnet ausgebildet. Der Magnet 5 a ist über eine Stell­ schraube 10 verstellbar im Gehäuse 1 aufgenommen. Der Abstand des Magneten 5 a zur trägen Masse 2 ist ein Maß für den nach Wunsch einstellbaren Schwellwert.

Im Gehäuse 1 a befindet sich der Beschleunigungsschwell­ wertschalter, der für die Abwärtsbewegung des Fahrzeuges zuständig ist. Die träge Masse 2 ist wiederum als Magnet ausgebildet und über den Drehpunkt 8 beweglich gehalten. Der Magnet 5 b hält die träge Masse in Nullage, während der Magnet 5 a über die Stellschraube 10, die auf die träge Masse 2 wirkende Kraft beeinflußt. Erreicht bzw. überschreitet der Beschleunigungswert den eingestellten Wert, so bewegt sich die Masse 2 von dem Kontakt 9 weg. Der Magnet 5 b verhindert ein übermäßiges Abheben der Masse 2 und bewegt diese wieder in Richtung Kontakt. Der Kontakt 9 wie auch der elektrisch leitende Hebelarm 3 sind mit der Einrichtung zur Auswertung elektrisch ver­ bunden.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem der Beschleunigungsschwellwertschalter für die Horizon­ talbeschleunigung ausgebildet ist. Dabei ist über den Hebelarm 3 die träge Masse 2 gehalten, wobei im Gehäuse 1 über die Stellschraube 10 der Magnet 5 im Abstand zur trägen Masse 2 verstellt werden kann. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die träge Masse 2 als Magnet aus­ gebildet und der elektrisch leitende Hebelarm 3 sowie die Kontakte 9 sind mit der Auswerteinrichtung verbunden. Die Auswerteinrichtung kann dabei so gestaltet sein, daß ent­ weder beim Öffnen oder beim Schließen des Kontaktes zwischen der trägen Masse 2 und dem Kontakt 9 eine Aus­ wertung erfolgt.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Beschleunigungs­ schwellwertschalter können ebenso jeweils in einem ein­ zigen Gehäuse 1 aufgenommen werden.

In den Fig. 3 und 4 ist ein Beschleunigungsschwell­ wertschalter gezeigt, bei dem sich im Gehäuse 1 zwei träge Massen 2 befinden, wobei jeweils eine Masse für eine Bewegungsrichtung zuständig ist. Die trägen Massen 2 sind an der Blattfeder 6 aufgehängt, wobei zur Ein­ stellung des Schwellwertes die Magneten 5 a und 5 b vorge­ sehen sind, die mit dem magnetischen Werkstoff der Blattfeder 6 zusammen arbeiten. Über die Kontakte 9 wird die Einrichtung zur Auswertung beaufschlagt. Die Schraube 11 dient zur Aufbringung einer Vorspannung auf die Blatt­ feder 6, welche ebenfalls als Faktor für die Schwell­ werteinstellung zu betrachten ist. Bei diesem Aus­ führungsbeispiel sind Blattfeder 6, die trägen Massen 2 sowie die Kontakte 9 jeweils elektrisch leitfähig, so daß eine einfache, weitestgehend temperaturunabhängige und robuste Vorrichtung geschaffen werden kann. Zur Ver­ meidung eines Kurzschlußes bei extremer Auslenkung der trägen Massen 2 ist der Anschlag 12 vorgesehen. Je nach Abstand der Magneten 5 a, 5 b von den Befestigungspunkten 13 läßt sich bei gleichbleibendem Magnet eine unter­ schiedliche Kraft auf das schwingende System übertragen.

In den Fig. 5 und 6 sind wiederum im Gehäuse 1 an einer Blattfeder 6 die trägen Massen 2 angeordnet, wobei als Verstelleinrichtung 4 eine strombeaufschlagte Spule mit magnetisierbarem Kern 7 für jede Masse 2 vorgesehen ist. Je nach Stromzufuhr wird die auf die Blattfeder 6 wirkende Kraft und damit die Beschleunigungsschwelle stärker oder niedriger einstellbar. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem in Fig. 3 und 4 ge­ zeigten.

Der in den Fig. 7 bis 10 gezeigte Beschleunigungs­ schwellwertschalter eignet sich für die Vertikalbe­ schleunigung. Fig. 10 zeigt das Gehäuse 1 in Ansicht. In Fig. 8 ist innerhalb des Gehäuses 1 die träge Masse 2 mit dem Magneten 5 a für die Aufwärtsbewegung, während die träge Masse 2, der Magnet 5 a sowie der Magnet 5 b für die Abwärtsbewegung innerhalb der Vertikalbeschleunigung vor­ gesehen ist. Die Magneten 5 a sind über die Stellschrauben 10 einstellbar, wobei der Magnet 5 b die träge Masse in Nullage hält. Die Fig. 7 zeigt in Seitenansicht das Gehäuse 1, wobei der einstellbare Magnet 5 a auf die träge Masse 2 wirkt. In der Fig. 9 dagegen ist der Magnet 5 b zur Einstellung der trägen Masse 2 in Nullage vorgesehen. Im Prinzip entspricht diese Ausführung der in Fig. 1 gezeigten.

In den Fig. 11 bis 14 ist ein Ausführungsbeispiel dar­ gestellt, welches sich für die Horizontalbeschleunigung eignet. Fig. 14 zeigt das Gehäuse 1 von außen, während die Fig. 12 in Draufsicht die trägen Massen 2 sowie die verstellbaren Magneten 5 a zusammen mit den zugehörigen Stellschrauben 10 darstellt. Die trägen Massen 2 der Fig. 11 und 13 werden über die Magneten 5 a von ver­ schiedenen Seiten beaufschlagt, so daß innerhalb der Horizontalbeschleunigung die entsprechende Richtung über die Einrichtung zur Auswertung ermittelt werden kann. Das Prinzip dieses Beschleunigungsschwellwertschalters ent­ spricht dem in Fig. 2 gezeigten.

In den Fig. 15 und 16 sind wiederum im Gehäuse 1 an einer Blattfeder 6 die trägen Massen 2 angeordnet, wobei als Verstelleinrichtung (Stellglied) 4 eine strombeauf­ schlagte Spule mit magnetisierbarem Kern 7 für jede Masse 2 vorgesehen ist. Der auf der Blattfeder 6 angebrachte Meßgrößenaufnehmer 14, beispielsweise einem Dehnungs­ meßstreifen (DMS), bildet zusammen mit der Referenzquelle 15 und dem Meß- und Regelverstärker 16 einen Regelkreis. Die auf die träge Masse 2 einwirkende Magnetkraft kann somit in Abhängigkeit der Auslenkung der Masse 2 definiert nachgeregelt werden. Über den Meßgrößenauf­ nehmer 14 wird der Istwert der Regelgröße aufgenommen und im Meß- und Regelverstärker 16 mit dem Sollwert der Referenzquelle 15 verglichen. Eine Differenz zwischen Sollwert und Istwert führt zum Nachregeln des Spulen­ stromes.

Claims (10)

1. Beschleunigungsschwellwertschalter mit mindestens einer in einem Gehäuse beweglich gelagerten trägen Masse und einer Einrichtung zur Auswertung einer auf die träge Masse wirkenden Kraft, dadurch gekennzeichnet, daß der die Masse (2) tragende Hebelarm (3) direkt oder indirekt über eine Verstelleinrichtung (4) mit einer Magnetkraft beaufschlagbar ist.

2. Beschleunigungsschwellwertschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstelleinrichtung (4) ein im Abstand zur Masse (2) angeordneter Magnet (5) vorgesehen ist, der mit dem mindestens teilweise magnetisch ausgebildeten Hebelarm (3) und/oder Masse (2) zusammenarbeitet.

3. Beschleunigungsschwellwertschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (5) axial verstellbar im Gehäuse (1) aufgenommen ist.

4. Beschleunigungsschwellwertschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Hebelarm (3) eine Blattfeder (6) vorgesehen ist.

5. Beschleunigungsschwellwertschalter nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder (6) und/oder der Hebelarm (3) mindestens teilweise magnetisch ausgebildet ist und durch den Magneten (5) beaufschlagt ist.

6. Beschleunigungsschwellwertschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1) für mindestens zwei Bewegungs­ richtungen je eine beweglich gelagerte träge Masse (2 a, 2 b) und eine entsprechend zugehörige Verstelleinrichtung (4 a, 4 b) vorgesehen ist.

7. Beschleunigungsschwellwertschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Bewegungsrichtung zu beiden Seiten der Masse (2) jeweils ein Magnet (5 a, 5 b) angeordnet ist, die die mindestens teilweise magnetisch ausgebildete Masse (2) im Gleichgewicht hält und wobei der der Bewegungsrichtung abgewandte Magnet (5 a) verstellbar ist.

8. Beschleunigungsschwellwertschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebelarm (3) und/oder die Masse (2) mindestens teilweise magnetisch ausgebildet ist und als Verstellvorrichtung (4) eine Spule mit magnetisierbarem Kern (7) vorgesehen ist.

9. Beschleunigungsschwellwertschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzufuhr der Spule (7) variabel veränderbar ist.

10. Beschleunigungsschwellwertschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebelarm (3) bzw. die Blattfeder (6) und die Masse (2) elektrisch leitend ausgebildet sind und direkt mit der Einrichtung zur Auswertung verbunden sind.